Все статьи автора в журнале: Новиков В.А.

1. Гомогенизация структуры закаленного слоя при лазерной обработке конструкционных сталей

   Homogenization of hardened layer structure during laser treatment of structural steels

   Номер: 2024 / 09

   Яресько С.И. | Yaresko S.I. | Новиков В.А. | Novikov V.A. | Балакиров С.Н. | Balakirov S.N. | Соколов С.Н. | Sokolov S.N. | Миряха А.Н. | Miryaha A.N. | yarsi54@gmail.comyarsi54@gmail.com

   Авторы статьи

   Authors

   Яресько С.И.

   Yaresko S.I.

   Новиков В.А.

   Novikov V.A.

   Балакиров С.Н.

   Balakirov S.N.

   Соколов С.Н.

   Sokolov S.N.

   Миряха А.Н.

   Miryaha A.N.

   yarsi54@gmail.com

   yarsi54@gmail.com

   ---

   Гомогенизация структуры закаленного слоя при лазерной обработке конструкционных сталей

    

   УДК 004.9+621.373.826:621.78+620.186

   DOI: 10.36652/1813-1336-2024-20-9-409-418

    

   Представлены результаты исследований микроструктуры хромистой конструкционной стали 40Х после лазерной обработки с использованием непрерывного мощного диодного лазера номинальной мощностью 6 кВт. Проведена оценка однородности распределения микротвердости в зоне лазерного воздействия. Лазерная обработка осуществлялась пятном прямоугольного сечения размерами 20×2 мм при мощности лазерного излучения 2,8 и 3,6 кВт и скорости сканирования лазерного луча 5, 10 и 12 мм/с. Методами металлографии и дюрометрии получены сведения о строении зон лазерного воздействия и структурных составляющих стали в них. Установлено, что существенные изменения в поверхностном слое материала при лазерной обработке без оплавления поверхности происходят на глубине до 400...500 мкм, а с оплавлением на глубине до 1500...2000 мкм. При этом микротвердость в зоне лазерного воздействия возрастает в 2,1—3,9 раза, достигая значений 550...650 HV0,1. Показано, что неоднородность распределения микротвердости по сечению зоны обработки при упрочнении с использованием лазерного пучка прямоугольного сечения не превышает 15...17 %, что позволяет рекомендовать мощный диодный лазер с регулируемым энергетическим профилем лазерного пятна для решения задач упрочняющей обработки. Методом конечных элементов решена задача определения температурного поля при упрочняющей лазерной обработке движущимся сосредоточенным непрерывным источником тепла. Выполнено сравнение экспериментальных и расчетных значений глубины зоны лазерного воздействия при обработке стали 40Х лазерным пучком прямоугольного сечения. После производственных испытаний ресурс упрочненных изделий из стали 40Х увеличился в 2—3 раза.

   ---

   Ключевые слова

   лазерная упрочняющая обработка, конструкционная сталь, металлографический анализ, однородность структуры, конечно-элементное моделирование, температурное поле

   Homogenization of hardened layer structure during laser treatment of structural steels

   The results of studies of the AISI 5135 chromium structural steel microstructure after laser treatment (LT) using a continuous high-power diode laser with a nominal power of 6 kW are presented. The homogeneity of the microhardness distribution in the laser impact zone was evaluated. Laser treatment was carried out with a rectangular cross-section spot measuring 20×2 mm at laser radiation power of 2.8 and 3.6 kW and laser beam scanning speeds of 5, 10 and 12 mm/s. Information about the structure of the laser impact zones (LIZ) and the structural components of steel in them were obtained by metallography and durometry. It has been established that significant changes in the surface layer of the material occur at depths of up to 400...500 microns when the surface is not melted, and at depths of up to 1500...2000 microns when the surface is melted. At the same time, the microhardness in LIZ increases by 2.1...3.9 times, reaching values of 550...650 HV0.1. It is shown that the inhomogeneity of the microhardness distribution over the cross-section of the LT zone during hardening using a rectangular laser beam does not exceed 15...17 %. In this case, a powerful diode laser with an adjustable energy profile of the laser spot can be recommended for solving tasks of hardening treatment. The task of determining the temperature field with a hardening LT by a moving concentrated continuous heat source was solved by the finite element method. The comparison of experimental and calculated values of the depth of the LIZ during LT of AISI 5135 steel using a rectangular cross-section laser beam was carried out. After production tests, the resource of hardened AISI 5135 steel products increased 2—3 times.

   ---

   Keywords

   laser hardening treatment, structural steel, metallographic analysis, uniformity of structure, finite element modeling, temperature field